Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 [ 49 ] 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148

возрастании с глубиной) {Е1 = г) показывает*, что при определенных соотношениях величин параметров нелинейности (например, при т = 0,3 и ==0,5) неравномерность распределения контактных давлений по подошве жесткого ленточного фундамента значительно уменьшается: в середине подошвы давление меняется € 0,318 рср (для однородного грунта) до 0,476 рср (для неоднородного грунта) и у краев (на расстоянии 39/40 от полуширины фундамента) с 1,431 рср до 0,597 рср.

Приведенные данные показывают, что учет неоднородности, нелинейности и ползучести мерзлого основания позволяет принимать при проектировании значительно более равномерное распределение давлений, чем то, которое обычно получается по решению линейной теории упругости.

При более равномерном распределении реактивных давлений величина изгибающих моментов для фундаментов, рассчитываемых с учетом их совместной работы с основанием, значительно меньше, что позволяет проектировать их более экономичными (до 30- 40%) без ущерба прочности.

Точно так же для оттаивающих грунтов учет уменьшения модуля деформируемости по глубине, как было показано ранее, позволяет применить более экономичные решения.

Таким образом, при оценке расчетных характеристик механических свойств и деформируемости мерзлых и оттаивающих грунтов должна быть учтена их нестабильность во времени; величины характеристик должны определяться или заданным промежутком врехмени (в течение которого существует данное временное сооружение), или соответствовать предельно-длительному установившемуся значению.

При этом для учета возможных последующих изменений механических свойств мерзлых и оттаивающих грунтов должна быть разработана применимая для практики инженерная теория прогнозов взаимодействия сооружений и вечномерзлых пород.

§ 2. Сопротивление мерзлых грунтов сжатию и растяжению

Сопротивление мерзлых грунтов сжатию (при мгновенном загружении и длительном действии нагрузки) имеет первостепенное практическое значение для оценки прочности мерзлых грунтов при кратковременных нагрузках, особенно для выбора расчетных давлений в основаниях сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах, а также для расчетов на прочность стенок из мерзлых грунтов при проходке шахт и котлованов методом искусственного замораживания.

Первые опыты по определению временного сопротивления мерзлых грунтов сжатию были произведены автором книги еще в 1928-

* Пример взят из книги Н. А. Цитовича «Механика грунтов». Стр. 293-295. Стройиздат, 1963, где приведено более полное решение Ю. К. Зарецкого отмеченной контактной задачи.

1929 гг. и опубликованы в 1930* г. Дальнейшее развитие экспериментальных исследований прочностных свойств мерзлых грунтов получило как в последующих работах автора, так и в цитированных ранее работах М. Н. Гольдштейна, С. С. Вялова, Е. П. Шушериной, Н. К. Пекарской, С. Е. Гречищева, С. Э. Городецкого,. Ю. К. Зарецкого и др.

В работе автора (1930 г.) была показана зависимость сопротивления сжатию мерзлых грунтов от их состава, величины отрицательной температуры, влажности и структуры (по результатам ис-пытапия искусственно изготовленных образцов мерзлых грунтов и образцов вечномерзлых грунтов ненарушенной структуры). Полученные первоначально зависимости сопротивления сжатию от ряда факторов в дальнейшем были уточнены.

Особо важное значение для оценки сопротивления мерзлых грунтов нормальным усилиям (сжатию и растяжению) имеют: 1) мгновенная (близкая к максимальной) их прочность, обычна приравниваемая к величине так называемого временного сопротивления (или, по предложению Е. П. Шушериной, кратковременного сопротивления, что точнее) и 2) предельно-длительная прочность,. т. е. сопротивление, при котором деформации всегда имеют затухающий характер и не переходят еще в пластично-вязкое течение заканчивающееся прогрессивным разрушением грунта.

Отметим, что величина временного сопротивления мерзлых грун-

сж о

тов сжатию Овр , определяемая при стандартной скорости возрастания нагрузки (в 15-20 кГ/см в 1 мин), может лишь приближенно (или условно) приниматься за мгновенное сопротивление. Кроме того, исследования последних лет (Н. К. Пекарской, испытывавшей мерзлые грунты при скорости возрастания нагрузки от 1 до 900 kFJcm в 1 мин) указали на условность временного сопротивления сжатию, так как мерзлые грунты различного состава (пески, глины) деформируются при разрушении по-разному (хрупко или пластически), причем при пластическом деформировании разрушающую нагрузку установить точно не удается**, и для таких грунтов определяют предел механической текучести по излому графика In а-In А,, где а - сопротивление сжатию; Я -продольная деформация (рис. 76). Опыты также показали, что предел механической текучести От не является величиной постоянной, а зависит от скорости приложения нагрузки, возрастая с ее увеличением (рис. 77). По графику рис. 77 можно установить и предельно-длительное сопротивление сжатию мерзлых грунтов (экстраполируя кривые a=f{v) до пересечения с осью а).

Однако, как было показано в предыдущей главе, предел длительной прочности при сжатии Од может быть установлен значительно проще путем непосредственного испытания образцов мерз-

* Н. А. Цытович. Вечная мерзлота как основание сооружений. Материалы КЕПС. № 80. Сб. «Вечная мерзлота». Изд-во АН СССР, 1930.

** Н. К. Пекарская. К вопросу о временном сопротивлении мерзлых грунтов одноосному сжатию и растяжению. «Материалы VIII Всесоюзного совещания по геокриологии», вып. 5, 1966.

лых грунтов с помощью шарового штампа (где а дл определяется автоматически) или по динамометрическим приборам.

Значение длительной прочности при одноосном сжатии, т. е. давления, при котором еще не возникает прогрессирующего течения, может быть определено и не дожидаясь полного затухания деформаций образца мерзлого грунта при различных ступенях нагрузки, если известен параметр Т гиперболического ядра ползучести (уравнение III -6"").

По Ю. К. Зарецкому *

(IV.1)

lr\6

In Л -4.0

-г,О

Рис. 76. Диаграмма сжатия мерзлого песка (0=-20°С; U7c = 17%) при различной скорости приложения нагрузки:

21,7 (/); 6,5 (2) и 1,2 {3) кГ/см в 1 мин в логарифмических координатах

где Го - параметр ползучести мерзлого грунта, не зависящий от величины приложенной нагрузки.

Применяя уравнение (IV. 1) для нескольких ступеней нагрузки (не менее двух) при известной величине параметра Т (см. гл. III, § 5), будем иметь два уравнения с двумя неизвестными (Го и Одр), решая их совместно, определим искомое значение Опр.

Приведем теперь некоторые численные значения временного сопротивления мерзлых грунтов сжатию и рассмотрим зависимость его от величины отрицательной температуры -6° С и суммарной влажности мерзлого грунта Wc, сопоставив их с величинами предельно-длительного сопротивления мерзлых грунтов сжатию.

В табл. 14 приведены некоторые данные о величине временного сопротивления мерзлых и вечномерзлых грунтов сжатию Овр для различных по механическому составу грунтов и различной их тем-